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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Fügeverband eines außenseitig zylindrischen, insbesondere ring- oder buchsenartigen Bauteils, mit einer dieses Bauteil in einem Sitzabschnitt aufnehmenden Struktur. Insbesondere richtet sich die Erfindung hierbei auf Fügeverbände zur Bewerkstelligung einer drehfesten Koppelung von Bauteilen z.B. innerhalb von Getriebesystemen, wie der Fixierung eines Hohlrades eines Planetengetriebes in einem Getriebegehäuse. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Bewerkstelligung eines Fügeverbands der oben genannten Art.
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Aus
US 8216107B2 ist ein Planetengetriebe bekannt das ein Hohlrad aufweist welches in einem Gehäuse des Planetengetriebes drehfest festgelegt ist. Das Hohlrad sitzt dort im Bereich einer radialen Trennebene zwischen zwei Topfabschnitten eines Getriebegehäuses. Das Hohlrad weist im Bereich seines Außenumfangs Vorsprünge auf, die in gehäuseseitig vorbereitete Komplementärgeometrien eingreifen. Zwischen dem Getriebegehäuse und dem Hohlrad ist ein Bewegungsspiel vorgesehen, das eine geringfügige axiale Bewegung des Hohlrades relativ zu dem Getriebegehäuse zulässt. Hierdurch wird es möglich, das Hohlrad und das Getriebegehäuse mechanisch sowiet zu entkoppeln, dass die Schwingungsübertragung aus dem Hohlrad in das Getriebegehäuse reduziert ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen, durch welche es auf fertigungstechnisch vorteilhafte Weise möglich wird, ein außenseitig zylindrisches, insbesondere ring- oder buchsenartiges Bauteil drehfest in einem Sitzbereich zu verankern.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Fügeverband zwischen einem außenseitig zylindrischen ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil das einen innenwandig zylindrischen Sitzbereich bereitstellt in welchen das erste Bauteil eingepresst ist, wobei an dem ersten Bauteil im Bereich seiner Außenumfangsfläche eine Profilierung ausgebildet ist, die im Rahmen des Einpressens des ersten Bauteils in den zylindrischen Sitzbereich diesen unter Bildung einer Komplementärgeometrie deformiert.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, einen Fügeverband zu schaffen, bei welchem das erste Bauteil hochfest in einem kostengünstig und durch einfache spanabhebende Bearbeitung mit engen Formtoleranzen realisierbaren, zylindrischen Sitzbereich fixiert werden kann.
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In dem zylindrischen Sitzbereich ist vorzugsweise nahe einem Endbereich eine Umfangsnut ausgebildet in welche etwaige im Rahmen des Einpressens generierte Späne abwandern können. Die Axialposition dieser Umfangsnut ist vorzugsweise so abgestimmt dass der Abstand jener dem Ende des Sitzbereichs benachbarten Nutwandung von jenem Ende zumindest geringfügig größer ist als die axiale Breite dieser Nut.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet die am Außenumfang des ersten Bauteils vorgesehene Profilierung in Form einer Mikroprofilierung ein Kerbprofil, das sich über eine zylindrische Grundgeometrie der Außenumfangsfläche erhebt und sich in den Werkstoff des Sitzes des zweiten Bauteils einpresst und/oder in diesen Werkstoff einschneidet. Die zylindrische Grundgeometrie ist vorzugsweise so dimensioniert, dass sich ohne Ausbildung der Profilierung eine Übergangs- oder leichte Presspassung des ersten Bauteils in dem zylindrischen Sitzbereich ergeben würde. Die radiale Erhebung der Profilierung liegt vorzugsweise im Bereich von 0,25 % bis 1,15% des Durchmessers der profilierten Umfangsfläche.
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Der erfindungsgemäße Fügeverband findet vorzugsweise Anwendung bei einem Planetengetriebe. Hierbei fungiert dann das erste Bauteil als Hohlrad das durch einen Ringkörper gebildet ist, der eine Außenumfangsfläche, eine erste Stirnfläche, eine zweite Stirnfläche und eine Innenverzahnung aufweist. Das zweite Bauteil fungiert dann als Getriebegehäuse dessen zylindrischer Sitzbereich einen Hohlradsitz bildet in welchen das Hohlrad axial eingepresst ist. An dem Hohlrad ist dann im Bereich seiner Außenumfangsfläche eine Profilierung ausgebildet wobei diese Profilierung im Rahmen des Einpressens des Hohlrades in den Hohlradsitz, den Hohlradsitz unter Bildung einer Komplementärgeometrie deformiert und damit das Hohlrad hochfest drehfest in dem Getriebegehäuse verankert ist.
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Die am Außenumfang des Hohlrades ausgebildete Profilierung ist gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung durch plastische Umformung des Hohlrades gefertigt. Hierdurch wird ein Spezialeffekt erreicht, der darin besteht, dass im Wege der Aushebung der Profilierung aus der Grundgeometrie des Hohlrades in unmittelbarer Nähe der Aushebung auch Ausweichraum bereitgestellt wird, in welchen Material des Getriebegehäuses eindringen kann. Es wird damit im Rahmen des Einpressens an dem Getriebegehäuse eine zur Profilierung komplementäre Haltegeometrie gebildet die extrem wirkungsvoll eine spielfreie Abstützung des Hohlrades in Umfangsrichtung bewirkt, ohne dass hierbei der Hohlradsitz übermäßig gedehnt oder gespannt wird.
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Die plastische Umformung des Außenumfangsbereichs des Hohlrades wird vorzugsweise durch ein Rollierwerkzeug bewerkstelligt dessen Rollierkopf auf dem Hohlrad abwälzt und dabei die Profilierung aus der Grundgeometrie plastisch herausdrängt. die Profilierung kann auch durch ein Meißel- oder Punzwerkzeug gebildet werden. Alternativ zur plastischen Umformung kann die Ausbildung der Profilierung am Außenumfang des Hohlrades auch auf spanabhebendem Wege, insbesondere durch Räumen bewerkstelligt werden. Die Bildung der Profilierung auf umformtechnischem Wege wird jedoch aufgrund des oben beschrieben Spezialeffekts bevorzugt.
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Weiterhin erfolgt die Ausbildung der Profilierung am Außenumfang des Hohlrades vorzugsweise im Rahmen eines der Härtung des Hohlrades vorgelagerten Fertigungsschrittes. Die Profilierung kann dann gemeinsam mit der Innenverzahnung gehärtet, insbesondere nitriert werden.
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Die Profilierung kann weiterhin in vorteilhafter Weise hinsichtlich ihres Querschnitts in einer Radialebene des Hohlrades so gestaltet werden, dass sich eine besonders wirkungsvoll formschlüssige Abstützung des Hohlrades in beide Umfangsrichtungen in dem Hohlradsitz ergibt.
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Die Erfindung findet vorzugsweise Anwendung bei Getriebesystemen bei welchen das Getriebegehäuse aus einem Aluminiumwerkstoff und das Hohlrad aus einem Stahlwerkstoff, oder zumindest aus einen Werkstoff mit einer die Festigkeit von Aluminium übersteigenden Festigkeit gefertigt ist.
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Weiterhin können in vorteilhafter Weise im Bereich des Hohlradsitzes Umfangsnuten ausgebildet werden, die der Aufnahme von Spänen die im Rahmen des Einpressens des Hohlrades von dem Hohlradsitz abgeschoben werden, dienen. Dies ermöglicht es hier die Komplementärgeometrie in dem Hohlradsitz als Räumprofilierung zu fertigen wobei das Hohlrad dann unmittelbar als Einweg-Räumwerkzeug fungiert das im Getriebegehäuse samt abgeräumter Späne verbleibt.
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Gemäß einem weiteren besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Hohlrad so gestaltet, dass jene die Profilierung tragende Außenumfangsfläche auch eine nicht-profilierte Umfangszone umfasst die im Rahmen des Einpressens des Hohlrades als Führungsfläche und bei Erlangung der Endstellung als Zentrierungsfläche fungiert. Der Innendurchmesser des Hohlradsitzes und der Außendurchmesser des Hohlrades sind bezüglich dieser nicht-profilierten Zone so aufeinander abgestimmt, dass sich eine Übergangs- oder Presspassung ergibt. Die Ausbildung der nicht-profilierten Zone kann ggf. im Rahmen eines der Härtung des Hohlrades zeitlich nachgelagerten Bearbeitungschrittes, z.B. durch ein Überschleifen auf Endmaß herbeigeführt werden. Hierdurch wird es wiederum möglich, die Profilierung zunächst auf der gesamten Umfangsfläche auszubilden und dann lokal zur Realisierung der Führungszone wieder zumindest teilweise abzutragen.
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Das erfindungsgemäße Konzept umfasst insbesondere die Schaffung einer Kerbverbindung im Zusammenhang mit einem Presssitz oder einer Übergangspassung eines Hohlrades im Bereich seines Sitzes in einem Getriebegehäuse. Diese Kerbverbindung wird vorzugsweise durch Strukturen realisiert die im Wege einer plastischen Umformung, insbesondere durch Rollieren an dem Außenumfangsbereich des Hohlrades ausgebildet werden. Im Bereich des Hohlradsitzes ist vorzugsweise eine Auffangnut am Ende des Schiebesitzes vorgesehen welche etwaig abgeschobene Späne und anderweitige Verschmutzungen im Rahmen des Fügevorgangs auffängt. Diese Nut wird beim Fügen zunächst von einem nicht-profilierten Umfangsabschnitt überquert, so dass die dann ggf. in diese einfallenden Späne in dieser Nut zwangsweise verbleiben müssen.
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Im Hinblick auf die Fertigung eines erfindungsgemäßen Fügeverbands wird die eingangs angegebenen Aufgabe auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Fügeverbands zwischen einem ersten außenseitig zylindrischen Bauteil und einem zweiten Bauteil das einen innenwandig zylindrischen Sitzbereich bildet, bei welchem im Rahmen eines Fügeschrittes das erste Bauteil in den in dem zweiten Bauteil ausgebildeten Sitzbereich eingepresst wird, wobei im Rahmen eines diesem Fügeschritt vorausgehenden Fertigungsschrittes des ersten Bauteils an dessen Außenumfangsbereich eine Profilierung ausgebildet wird die sich im Rahmen des Fügeschritts unter Bildung einer Komplementärgeometrie in den Sitzbereich des zweiten Bauteils einformt und/oder einschneidet. Hinsichtlich der Ausbildung der Profilierung wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
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Das Einpressen des ersten Bauteils erfolgt vorzugsweise auf Anschlag, d.h. bis die in Einpressrichtung vorne liegende Stirnfläche des ersten Bauteils an einer entsprechenden Gegenfläche des zweiten Bauteils ansteht.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
- 1 eine Schnittdarstellung zur Veranschaulichung eines bei einem Planetengetriebe eingesetzten erfindungsgemäßen Fügeverbands zwischen einem Getriebegehäuse und einem darin stationär festgelegten Hohlrad;
- 2 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäß außenseitig profilierten ersten Bauteils mit einer nicht-profilierten Führungs- und Zentrierumfangszone;
- 3 zwei Detail-Schnittdarstellung zur Veranschaulichung eines bevorzugten Querschnitts der Profilierung in zwei axial abfolgenden Radialschnittebenen des ersten Bauteils, wobei die obere Schnittdarstellung die Profilierung in einer Ebene zeigt die im Uhrzeigersinn stützt, und die untere Schnittdarstellung eine Ebene zeigt in welcher die Profilierung eine Drehung des ersten Bauteils im Gegen-Uhrzeigersinn stützt;
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 zeigt einen Teilbereich eines unter Einsatz des erfindungsgemäßen Fügeverbands realisierten Planetengetriebes. Dieses umfasst ein Hohlrad H das durch einen Ringkörper gebildet ist, der eine Außenumfangsfläche H3, eine erste Stirnfläche H1, eine zweite Stirnfläche H2 und eine Innenverzahnung H4 aufweist. Dieses Hohlrad H entspricht dem im obigen Kontext als erstes Bauteil bezeichneten Element. Weiterhin umfasst das Planetengetriebe ein Getriebegehäuse G das einen Hohlradsitz G1 bildet, in welchen das Hohlrad H axial eingepresst ist. Dieses Getriebegehäuse entspricht dem im obigen Kontext als zweites Bauteil bezeichneten Element und der Hohlradsitz G1 entspricht dem zylindrischen Sitzbereich des zweiten Bauteils. Die hierfür das Hohlrad H und das Getriebegehäuse G beschrieben Maßnahmen und Merkmale gelten allgemein für die zur Realisierung des erfindungsgemäßen Fügeverbands eingesetzten ersten und zweiten Bauteile.
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An dem Hohlrad H ist im Bereich seiner Außenumfangsfläche H3 eine Profilierung P ausgebildet, die im Rahmen des Einpressens des Hohlrades H in den Hohlradsitz H1, den Hohlradsitz H1 unter Bildung einer Komplementärgeometrie deformiert.
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Die an der Außenumfangsfläche H3 ausgebildete Profilierung P bildet ein Kerbprofil, das sich über eine zylindrische Grundgeometrie der Außenumfangsfläche H3 erhebt und sich im Rahmen dieses Übermaßes in den Werkstoff des Hohlradsitzes G1 einpresst und/oder in diesen Werkstoff einschneidet.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die am Außenumfang des Hohlrades H ausgebildete Profilierung P durch plastische Umformung des Hohlrades H gefertigt, wobei diese plastische Umformung hier durch ein Rollierwerkzeug bewerkstelligt wird. Diese Umformung erfolgt im Rahmen der Fertigung des Hohlrades im Rahmen eines der Härtung des Hohlrades H zeitlich vorgelagerten Fertigungsschrittes. Wie nachfolgend in Verbindung mit 3 noch vertieft werden wird, ist der Querschnitt der Profilierung P in einer zur Hohlradachse radialen Schnittebene so gewählt, dass sich eine formschlüssige Abstützung des Hohlrades H in Umfangsrichtung in dem Hohlradsitz G1 ergibt. Das Getriebegehäuse G ist hier aus einem Aluminiumwerkstoff und das Hohlrad H ist aus einem Stahlwerkstoff gefertigt.
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Wie weiter erkennbar ist an dem Getriebegehäuse G im Bereich des Hohlradsitzes H1 eine Umfangsnut G2 ausgebildet, zur Aufnahme von etwaigen Spänen die im Rahmen des Einpressens des Hohlrades H von dem Hohlradsitz G1 abgeschoben werden. Die weiter in dieser Darstellung erkennbare Umfangsnut G3 dient der Aufnahme eines Sicherungsringes durch welche das Hohlrad H axial formschlüssig in dem Getriebegehäuse G gesichert ist.
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Die perspektivische Darstellung nach 2 veranschaulicht die Gestaltung der Außenumfangsfläche H3 des Hohlrades H. Die Innenverzahnung H4 ist hier nicht dargestellt, sie wird vorzugsweise vor der Ausbildung der Profilierung P gefertigt. Wie aus dieser Darstellung erkennbar umfasst die Außenumfangsfläche H3 eine nicht-profilierte Umfangszone H5 die als Führungs- und Zentrierungsfläche fungiert. Der Außendurchmesser dieser zylindrischen Umfangszone H5 ist so abgestimmt, dass dieser im Hohlradsitz G1 des Getriebegehäuses G mit einer Übergangs- oder Presspassung sitzt und eine Führung und Zentrierung des Hohlrades H bewirkt. Der nicht-profilierte Bereich H5 kann auch auf einem abgestuften Umfangsabschnitt des Hohlrades H realisiert sein, vorzugsweise entspricht er jedoch hinsichtlich seiner Grundgeometrie jenem Bereich des Hohlrades in welchem vorzugsweise durch lokale plastische Umformung die Profilierung P gebildet ist.
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Das hier gezeigte Hohlrad hat einen Außendurchmesser von 193mm die Überhöhung der Profilierung P beträgt hier an den radial am weitesten außen liegenden Stellen 1mm. Bei Hohlrädern mit größeren oder kleineren Durchmessern wird dieses Verhältnis von Profilhöhe zu Durchmesser vorzugsweise beibehalten. Die Profilierung P bildet hier vier Profilreihen P1, P2, P3 und P4 die Profilreihen P1 und P3 sperren primär gegen eine Drehung des Hohlrades im Uhrzeigersinn, die Profilreihen P2 und P4 sperren primär gegen eine Drehung des Hohlrades H entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Profilierung P ist durch ein Rollwerkzeug gefertigt
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Die Darstellung nach 3 zeigt die bei dem Hohlrad nach 2 ausgebildete Profilierung in zwei axial voneinander beabstandeten Radialebenen. Die obere Schnittdarstellung zeigt hierbei eine Profilreihe P1 die das Hohlrad H gegen Drehung im Uhrzeigersinn sperrt. Die darunter liegende Schnittdarstellung zeigt das Hohlrad H in einer Radialschnittebene in welcher die Reihe P2 der Profilierung das Hohlrad H gegen Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn sperrt. Der Höhenunterschied zwischen den tiefsten Stellen der Profilierung und den Scheiteln derselben beträgt hier 1mm.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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